DE2104586C

DE2104586C - Radiant energy analyzer

Info

Publication number: DE2104586C
Application number: DE19712104586
Authority: DE
Inventors: Attila Denes La Habra Calif Boronkay (V St A )
Original assignee: Beckman Instruments Ine , Fuller ton, Calif (V St A )
Priority date: 1970-02-02
Filing date: 1971-02-01
Publication date: 1973-08-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückführung für einen Strahlungsenergie-Analysator und im besonderen inThe invention relates to a return for a radiant energy analyzer and in particular to FIG

einem (Jltui tigcn Rückführzweig liir einen Strahlungsenergie-Analysator vorgesehene Sell al tun ge η zur geeigneten Vorspanmmgsregelung und zum ('berlasischut/ des Strahlungsdetektors in einem derartigen Strahlungsenergie-Analysator.a (Jltui tigcn return branch for a radiant energy analyzer envisaged Sell al do ge η for suitable preload control and for ('Berlasischut / of the radiation detector in such a Radiant Energy Analyzer.

Auf dem Gebiet der Zweistrahl- oder /weikanal-Strahlungsenergie-Analysator ist es allgemein üblich, einen der Strahlengänge /ur Urzeugung eines Be/ugssinnals zu verwenden, mit welchem ein durch den anderen, die Probe enthaltenden Strahlengang erzeugtes Probcnsignal verglichen wird. Zweck einer derartigen Anordnung ist die Hlimimerung ν on Schwankungen und Änderungen, welche sowohl das ΙΊoben- wie auch das Uezugssignal beeinflussen. Hin Verfahren dieser Art besteht darin, daß man das Bezugssignal zur Steuerung bzw. Regelung der einem Strahlungsdetektor, wie beispielsweise einem Photomultiplier, zusieführten elektrischen Vorspannung verwendet und auf diese Weise die Empfindlichkeit des Photomultipliers nach Maßgabe von in dem Bezuüssignal auftretenden Schwankungen steuert bzw. regelt. Auf diese Weise wird die Auswirkung von Schwankungen, welche sowohl in dem Proben- wie auch in dem Bezugsstrahlengang auftreten, in dem von dem Photomultiplier erzeugten Probensignal im wesentlichen unterdrückt. In the field of two-beam or two-channel radiant energy analyzers, it is generally customary to use one of the beam paths to generate a diffraction sense with which a sample signal generated by the other beam path containing the sample is compared. The purpose of such an arrangement is to limit fluctuations and changes which affect both the upper and the lower signal. A method of this type consists in using the reference signal to control or regulate the electrical bias voltage supplied to a radiation detector, such as a photomultiplier, and in this way controls or regulates the sensitivity of the photomultiplier in accordance with fluctuations occurring in the input signal. In this way, the effect of fluctuations which occur both in the sample as well as in the reference beam path in the sample signal generated by the photomultiplier is essentially suppressed.

Auf der deutschen Offenlegungsschrift 1 547 136 ist eine Verstärkerschaltung für photoelektrische Spektrophotometer bekannt, bei denen die von einer Lichtquelle ausgehende Strahlung abwechselnd über ein Bezugsobjekt und über ein Meßobjekt geleitet und danach auf einen gemeinsamen Lichtdetektor gerichtet wird. Es ist hierbei vorgesehen, daß der Anodenstromkreis des als Lichtdetektor dienenden Photomultipliers auf die Dynoden in solcher Weise gegengekoppelt ist, daß der Anodenstrom im wesentlichen konstant ist. Hierdurch so'l der Arbeitsbereich des dem Lichtdetektor nachgeschalteten logarithmischen Verstärkers eingeschränkt werden.On the German Offenlegungsschrift 1 547 136 is an amplifier circuit for photoelectric Spectrophotometer known in which the radiation emanating from a light source alternately over a reference object and passed over a measurement object and then to a common light detector is judged. It is provided here that the anode circuit of the photomultiplier serving as a light detector is fed back to the dynodes in such a way that the anode current is essentially constant. This way the work area of the logarithmic amplifier connected downstream of the light detector.

Aus der USA.-Patentschrift 2474 098 ist eine Photometerschaltungsanordnung bekannt, die aus Elektronenröhren aufgebaut ist und eine automatische Verstärkungsregelung für einen Photomultiplier aufweist. Ls soll hierdurch erreicht werden, daß die Ausgangssignale nur von der Wellenlänge des auf den Photomultiplier fallenden Lichts, nicht aber von der schwankenden Lichtstärke beeinflußt werden.U.S. Patent 2,474,098 is one Photometer circuit arrangement is known which is constructed from electron tubes and an automatic gain control for a photomultiplier having. This is intended to ensure that the output signals only depend on the wavelength of the the photomultiplier falling light, but not be influenced by the fluctuating light intensity.

Die Vorspannung für den Photomultiplier wird im allgemeinen von einer Hochspannungsquelle geliefert, die ihrerseits nicht innerhalb der Rückführschleife liegt. Die Steuerung bzw. Regelung der dem Photomultiplier zugeführten hohen Vorspannung erfolgt über eine in der Vorspannungszuleitung zu dem Photomultiplier liegenden Regelröhre. Dabei sind im Zusammenhang mit dem Betrieb der Regelschaltbauteile bei der für den Photomultiplier erforderlichen hohen Spannung erhebliche Schwierigkeiten aufgetreten. Wegen der hohen Spannung waren Festkörper- bzw. Halbleiterschaltanordnungen ausgeschlossen und mußten Elektronenröhren verwendet werden. Die Vermeidung der Regelung bzw. Steuerung der Vorspannung auf einem derartig hohen Spannungspotential ist eines der kritischsten Probleme, welchem sich die Konstrukteure von Photomultiplier-Rückführsystcmen gegenübersahen.The bias voltage for the photomultiplier is generally provided by a high voltage source which in turn is not within the feedback loop. The control or regulation of the dem The high bias voltage supplied to the photomultiplier takes place via an in the bias voltage lead to the Photomultiplier lying control tube. In connection with the operation of the control switching components are required for the photomultiplier high voltage encountered significant difficulties. Because of the high voltage, solid-state or semiconductor switching arrangements were excluded and electron tubes had to be used. Avoiding regulation or control the bias at such a high voltage potential is one of the most critical problems which the designers of photomultiplier feedback systems were faced with.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geregelte Hoehspannungsversorgungsschaltung für den PholomultiDlier eines Zweistrahlohotometers aus/uneben, bei dem diese Schwierigkeiten \ermieiIlh werden. The invention is based on the object of providing a regulated high voltage supply circuit for the photometer of a two-beam photometer from / unevenly, in which these difficulties are avoided.

Die Erfindung Wist diese Aufuahe durch einen /we ist ralil-Strahlungsenergie-Analysator mit einem Proben- und einem l$e/uüsstrahlen»ang, die abwechselnd auf den Analysator sielenkt werden, sowie nut einer Rückführsteuerurm bzw. -regelung /ur Steuerung der Gleichspannung an der Vorspannelektn .Ie des Strahlungsdetektors in Abhängigkeit \om Bein /ugssignal. welche folgende Teile aufweist: einen Strahlungsdetektor, der an einer Ausgangs- oder Siiinalelektrode ein elektrisches Weehselsignal mit jeweils der Strahlungsenergie im Proben- und im Be-/ugsslrahienuang entsprechenden Proben- bzw. Be/ugs-Signalkomponenten erzeugt, dessen Betrag \on der an einer Vorspannelektrode ties Strahlungsdetektors anliegenden Vorspannung abhängt, und einen selektiven Detektor, der nur auf die Bezugsstnhlkomponente des elektrischen Ausgangssignals des Strahlungsdetektors a· -pricht und als Ausgangsgröße ein elektrisches Bezuirsignal erzeugt, dessen Betrag proportional der Amplitude der Bezugsstrahlkomponente des elektrischen Ausgangssignals des Strahlungsdetektors ist, der gekennzeichnet ist durch einen Oszillator zur Erzeugung eines Wechselsignals, dessen Amplitude umgekehrt proportional dem Betrag des von dem selektiven Detektor als Ausgangssignal erzeugten Bezugssignal ist, wobei der Oszillator zwei Ausgangsklemmen, zwischen welchen das Ausgangswechselstromsignal erzeugt wird und eine Eingangssteuerklemme aufweist, welcher das elektrische Ausgangssignal des selektiven Detektors zugeführt wird, aufweist, sowie durch eine Gleichrichtschaltung, welcher die Ausgangsgröße des Oszillators zugeführt wird und die in Abhängigkeit hiervon als Ausgangsgröße ein veränderliches Gleichstromsignal erzeugt, dessen Betrag proportional der Amplitude des Ausgangswcchselsignals des Oszillators ist und das der Vorspannelektrode des Strahlungsdetektors zugeführt ist. The invention consists of a ralil radiant energy analyzer with a sample and a light beam, which are alternately directed onto the analyzer, as well as a feedback control tower or regulation for controlling the DC voltage at the biasing electronics .Ie of the radiation detector as a function of the leg / leg signal. which has the following parts: a radiation detector which generates an electrical signal components at an output or Siiinalelectrode with the respective radiation energy in the sample and in the corresponding sample or Be / ugs signal components, the amount of which is the one at a The biasing electrode depends on the bias voltage applied to the radiation detector, and a selective detector which only responds to the reference component of the electrical output signal of the radiation detector and generates an electrical input signal as the output variable, the magnitude of which is proportional to the amplitude of the reference beam component of the electrical output signal of the radiation detector, which is characterized by an oscillator for generating an alternating signal, the amplitude of which is inversely proportional to the magnitude of the reference signal generated by the selective detector as an output signal, the oscillator having two output terminals between which the alternating output current signal is generated and has an input control terminal, which is supplied with the electrical output signal of the selective detector, as well as by a rectifying circuit, which is supplied with the output variable of the oscillator and which, as an output variable, generates a variable direct current signal, the magnitude of which is proportional to the amplitude of the Output change signal of the oscillator and which is fed to the bias electrode of the radiation detector.

Durch die Erfindung wird in einem derartigen Strahlungsenergie-Analysator für den Strahlungsdetektor eine veränderliche, innerhalb der Rückführschleife liegende Vorspannungsquelle geschaffen. wobei die Steuerung bzw. Regelung der Vorspannung auf Signalspannungspcgeln erfolgt. Die mit einer derartigen innerhalb der Rückführschleife angeordneten Vorspannquelle notwendigerweise verbundenen unterschiedlichen Anstiegs- und AbIaIl-Zeitkonstanten werden vorteilhafterweise durch eine Kompensationsschaltung kompensiert. Ferner wird der Strahlungsdetektor bei der erfindungsgemäl.ien Anordnung gegen Beschädigung durch Überlastung vorteilhafterweise mittels einer Überlastungsschutz-SS schaltung gesichert, weiche auf das Auftreten eines großen Ausgangssignals am Strahlungsdetektor rasch im Sinne einer Verringerung der Vorspannung des Strilhlendctektors anspricht. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gestattet die Verwendung von Festkörper- bzw. > Halblcitcrbautcilen und macht Hochspaiinungs-Regclröhrcn entbehrlich. The invention provides a variable bias voltage source located within the feedback loop for the radiation detector in such a radiant energy analyzer. wherein the control or regulation of the bias takes place on signal voltage levels. The different rise and fall time constants necessarily associated with such a bias source arranged within the feedback loop are advantageously compensated for by a compensation circuit. Furthermore, in the arrangement according to the invention, the radiation detector is advantageously secured against damage from overload by means of an overload protection circuit which responds quickly to the occurrence of a large output signal at the radiation detector in the sense of reducing the bias voltage of the radiation detector. The circuit arrangement according to the invention permits the use of solid-state or semi-metallic components and makes high-voltage regulating tubes unnecessary.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben, wobei gleiche bzw. entsprechende Teile jeweils mit gleiclien, Bezugsziffern bezeichnet sind. In der Zeichnung; zeigtIn the following, exemplary embodiments of the invention are described with reference to the drawing, the same or corresponding parts being denoted by the same reference numerals. In the drawing; indicates

Fig. I ein Blockschaltbild zur Veranschaulicluint; des Erfindunusnrinzins.Fig. I is a block diagram for illustrative purposes; of invention.

Fig.2 ein detailliertes Schaltbild eines bevorzug- lung ό2 ist mit dem Gleichrichter 20 verbunden; dictcn Ausfülmingsbcispicls der Erfindung. scr weist eine Diode 66 auf, deren Kathode mit derFIG. 2 is a detailed circuit diagram of a preferred ό 2 connected to the rectifier 20; Dictcn the filling-out examples of the invention. scr has a diode 66, the cathode of which with the

In dem Blockschaltbild von Fig. I ist mit4 ein Anode einer weiteren Diode 64 verbunden ist; dieser Strahlungsdetektor bezeichnet, dem Strahlung von Knotenpunkt ist mit dem einen Ende der Ausgangseinem Strahlcngangselcktor 6 zugeführt wird, der 5 wicklung 62 verbunden. Das andere Ende der Ausscincrscits unter der Wirkung einer Steuerung 8 ab- gangswicklung 62 ist mit einem Widerstand 68 verwechselnd zwischen einem Proben- und einem Bc^ bunden, der seinerseits mit dem Knotenpunkt zweier ziigsstrahlcngang umschaltet. Das Steuerorgan 8 Kondensatoren 70 und 72 verbunden ist. Die andere kann beispielsweise ein Motor sein, der eine rotic- Elektrode des Kondensators 72 ist mit der Kathode rende Zcrhackerschcibc bzw. ein Zcrhackerblatt an- io der Diode 64, und entsprechend die andere F.lcktrcibt. Das von dem Strahlungsdetektor 4 erzeugte trodc des Kondensators 70 mit der Anode der Diode elektrische Signal wird einem selektiven Detektor 10 66 verbunden. Der Knotenpunkt zwischen dem Konzugeführt, der unter der Stcuerwirkung der Stcuc- dcnsator 70 und der Diode 66 ist ferner mit einem rung 8 aus dem jeweils dem Proben- bzw. Bc- Widerstand 74 verbunden, der seinerseits mit einem zugsstrahl entsprechenden Teilen des vom Strah- 15 Kondensator 76 verbunden ist. Der andere Belag des lungsdclcktor gelieferten Signals entsprechenden Kondensators 76 ist mit dem Knotenpunkt zwischen Proben- und Bczugssignalc ableitet. Der selektive dem Kondensator 72 und der Diode 64 und außer-Dctcktor 10 kann beispielsweise ein Synchrondctck- dem mit Masse verbunden. Der Knotenpunkt zwitor mit durch den Stcucrmotor 8 betätigter mcchani- sehen dem Kondensator 76 und dem Widerstand 74 scher Umschaltung sein. Das Probcnsignal wird einer 20 ist mit der Vorspannungsclcktrodc oder Anode des Anzeigevorrichtung 12 zugeführt, das Bczugssignal Photomultiplicrs 22 verbunden, wodurch die Rückeiner Zeitkonstanzkompensation 14, die ihrerseits führschleife geschlossen wird. Die nicht bezeichneten mit einem ampliludcnmodulicrtcn Oszillator 18 vcr- Schaltbauteilc sind für das Verständnis und die Anbundcn ist. Zwischen dem Ausgang des Strahlungs- wcndung der Erfindung nicht erforderlich und diedctcklors4 und dem Eingang des amplitudenmodu- »5 "^c" n^{ur zur} Veranschaulichung einer typischen liertcn Oszillators 18 liegt ein Überlastungsschutz 16. S tiallungskonfiguratton gemäß der Erfindung, die Ausgangsgröße des amplitudenmodulierten Os- Im folgenden soll nun die Wirkungsweise des er-In the block diagram of FIG. 1, an anode of a further diode 64 is connected to 4; this radiation detector denotes, the radiation from the node is fed with one end of the output of a beam input detector 6 connected to the winding 62. The other end of the Ausscincrscits under the action of a controller 8 output winding 62 is interchangeably connected to a resistor 68 between a sample and a Bc ^, which in turn switches with the junction of two ziigsstrahlcngang. The controller 8 capacitors 70 and 72 is connected. The other can for example be a motor which is a rotary electrode of the capacitor 72 with the cathode generating chopper blade or a chopper blade opposite to the diode 64, and correspondingly the other driver. The trodc of the capacitor 70 with the anode of the diode electrical signal generated by the radiation detector 4 is connected to a selective detector 10 66. The nodal point between the confeed, which, under the control effect of the connector 70 and the diode 66, is also connected to a ring 8 from the respective sample or Bc resistor 74, which in turn is connected to a draft corresponding to parts of the beam from 15 capacitor 76 is connected. The other layer of the capacitor 76 corresponding to the signal supplied to the lungsdclcktor is derived from the junction between the sample and reference signals. The selective one of the capacitor 72 and the diode 64 and in addition to the detector 10 can, for example, be a synchronous detector connected to ground. The junction point zwitor with the mechanical changeover actuated by the Stcucrmotor 8 see the capacitor 76 and the resistor 74. The sample signal is fed to a 20 with the bias voltage or anode of the display device 12, the reference signal photomultiplier 22 connected, whereby the return of a time constancy compensation 14, which in turn is closed loop. The switching components not labeled with an amplified modular oscillator 18 are for understanding and connection. Between the output of the radiation of the invention wcndung not required and diedctcklors4 and the input of amplitudenmodu- "5" ^c "n ^{for illustrating} a typical liertcn oscillator 18 is an overload protector 16 S tiallungskonfiguratton according to the invention, the output of the amplitude-modulated Os- In the following, the mode of action of the

zillators 18 dient nach Gleichrichtung in einem findungsgcmäßcn Rückführsystems für den Strah-Glcichrichlcr 20 als elektrische Vorspannung für den lungscncrgk-Analysalor erläutert werden: Strahlungsdetektor 4, wumii die Rückführechlsife gc- 3< > Der Photomultiplier 11 erzeugt ein elektrisches Sischlosscn ist. gnal an der Signalclcktrodc 26 nach Maßgabe derzillators 18 serves, after rectification in a recirculation system for the findungsgcmäßcn Strah-Glcichrichlcr 20 are explained as an electrical bias for the lungscncrgk-Analysalor: radiation detector 4, the wumii Rückführechlsife GC 3 <> The photomultiplier 11 generates an electrical Sischlosscn is. gnal to the Signalclcktrodc 26 in accordance with the

Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform weist auf diese einfallenden Strahlungsenergie. Diese der Strahlungsdetektor 4 einen Photomultiplier 22 Strahlungsenergie wird abwechselnd aus einem Bemit einer Vorspannungsclcktrodc 24 und einer Signal- zugs- und einem Probcnstrahlcngang zugeführt. Das elektrode 26 auf; die Signalelcktrodc ist mit einem 35 elektrische Ausgangssignal des Photomultiplicrs wird Vorverstärker 28 verbunden. Der Überlastungsschutz nach Verstärkung in dem Verstärker 28 in dem se-16 ist mit dem Ausgang des Vorverstärkers 28 vcr- lektiven Detektor 10 nachgewiesen, wobei der Schalbunden und weist zwei Reihenwiderstände 30 und 32 tcr 36 unter der Stcuerwirkung der Steuerung 8 abauf. mit deren Knotenpunkt die Anode einer Diode wechselnd den dem Bczugsstrahlengang cntsprcchcn-34 verbunden ist. Das andere linde der Reihenwider- 40 den Teil des Signals an den Kondensator 40 und den stände bildet eine Vorspannungsklcmmc, an welcher dem Probcnstrahlcngang entsprechenden Teil des Sicinc eine Schwelle definierende Spannung angelegt gnals an den Kondensator 38 gelegt. An dem Konwird. Der Solcktivdctektor 10 weist einen von einer densator 38 tritt daher ein Probcnsignal und an dem Steuerung 8 betätigten Schalter 36 auf. welcher ab- Kondensator 40 ein Bczugssignal auf. In dem Maße, wechselnd das Ausgangssignal des Strahlungsdetck- 45 wie das Bczugssignal im positiven Sinn im Ausgang tors 4 an Kondensatoren 38 und 40 anlegt. Die an des Verstärkers 44 zunimmt, wird die Diode 48 leiden Kondensatoren 38 und 40 auftretenden Signale tend, wodurch der Widerstand 46 überbrückt und werden in Verstärkern 42 und 44 verstärkt und da- der Kondensator 50 schnell aufgeladen wird, wonach der Anzeige- oder Wiedergabevorrichtung 12 durch eine kurze Zeitkonstantc zustande kommt. So- bzw. der Zeitkonstanz-Kompensation 14 zugeführt 50 bald das Bezugssignal in negativem Sinne abnimmt, werden. Die ZcitkonManz-Kompensation 14 weht wird die Diode 48 nichtleitend, and der Kondensatoi einen Widerstand 46 parallel zu einer Diode 48 auf; SO entlädt sich über den Widerstand 46, wodurch die Kathode der Diode 48 ist mit dem Knotenpunkt eine längere Zeitkonstante zustande kommt, als in zwischen dem Widerstand 46 und einem Kondensa- dem Zustand, wo der Widerstand 4t durch die (leitor 50 verbunden. Dieser Knotenpunkt ist ferner mit 55 tendc) Diode 48 überbrückt war. Auf diese Weise der Kathode der Diode 34 in der Überlastschutz- kommen für zunehmende oder abfallende Bezugssig schaltung 16 verbanden, sowie mit dem einen Ein- nale unterschiedliche Zeitkonstanten zustande; dei gang eines Verstärkers 52, der Teil des amplituden- Zweck und die Ausnutzung dieses Effekts ergibt siel modulierten Oszillators 18 ist. Der amplitudenmodu- aus der weiter unten folgenden Beschreibung de¹ licrtc iKzillator 18 weist ferner ein Transistorpaar 54 60 Gleichrichters 20.In the case of the in FIG. The embodiment shown in FIG. 2 points to this incident radiant energy. The radiation energy of the radiation detector 4, a photomultiplier 22, is alternately supplied from a voltage sensor 24 and a signal train and a sample beam path. The electrode 26 on; The signal leakage device is connected to an electrical output signal of the photomultiplier and preamplifier 28. The overload protection after amplification in the amplifier 28 in the se-16 is demonstrated with the output of the preamplifier 28, the selective detector 10, the circuit and having two series resistors 30 and 32 tcr 36 under the control of the controller 8. with whose node the anode of a diode is alternately connected to the reference beam path cntsprcchcn-34. The other part of the series resisting part of the signal to the capacitor 40 and the level forms a bias voltage terminal, at which part of the Sicinc corresponding to the sample beam path a voltage defining a threshold is applied to the capacitor 38. At the Konwird. Solcktivdctektor 10 has one of a capacitor 38, therefore a sample signal occurs and a switch 36 actuated on the controller 8. which ab- capacitor 40 receives a reference signal. To the extent that the output signal of the radiation detector 45 alternates as the reference signal is applied to capacitors 38 and 40 in the output gate 4 in the positive sense. The signals occurring at the amplifier 44 increases, the diode 48 suffers from the capacitors 38 and 40, whereby the resistor 46 bridges and are amplified in amplifiers 42 and 44 and the capacitor 50 is charged quickly, after which the display or playback device 12 comes about through a short time constant. So or the time constancy compensation 14 supplied 50 soon the reference signal decreases in a negative sense. The ZcitkonManz-Kompensation 14 blows the diode 48 non-conductive, and the capacitor a resistor 46 parallel to a diode 48; SO discharges through the resistor 46, as a result of which the cathode of the diode 48 is connected to the node with a longer time constant than between the resistor 46 and a capacitor state, where the resistor 4t is connected through the conductor 50. This node is also bridged with 55 tendc) diode 48. In this way, the cathode of the diode 34 in the overload protection circuit 16 is connected for increasing or decreasing reference signal, and different time constants are obtained with the one input; The output of an amplifier 52, which is part of the amplitude purpose and the exploitation of this effect results in the modulated oscillator 18, is. The amplitude modulus from the description below of de ¹ licrtc iKzillator 18 also has a transistor pair 54 60 rectifier 20.

aiii. da«, mit einem Transformator 56 verbunden ist. Es sei betont, daß für die Zwecke der Erfinduniaiii. da «, is connected to a transformer 56. It should be emphasized that for the purposes of the invention

der seinerseits zwei Rückführwicklungen 58. eine auch kompliziertere Kompensationsschaltungen ¹Cr 1 inganpswicklung 60 und eine Ausgangswicklung 62 wendet werden können. Beispielsweise kann in R?ih iiiilwcist. wodurch ein frei schwingender Multivibra- mit dem Kondensator 50 ein Widerstand vorgesehci iiir-Os/illatof ivbildet wird. Der Ausgang des Ver- 65 werden, der für die Reibenkombinaüon eine Min vliirkers 52 i t mit einer Mittclan/apfung der Ein- destimnedanz für hohe Frequenzen ergibt. Außer de i.;uM's»icUiin·: 60 verbunden, über welche die Strom- erwünschten Zcitkonstanten-Kompe-.<sati.>n bildet di /iiluhr /ti »lt/ni Oszillator erfolgt. Die Ausgangswick- Kombination auch eine Mindestimpedanz für diwhich in turn has two return windings 58. an even more complicated compensation circuit ¹ Cr 1 input winding 60 and an output winding 62 can be used. For example, in R? Ih iiiilwcist. whereby a freely oscillating multivibrator with the capacitor 50 a resistor vorgesehci iiir-Os / illatof iv is formed. The output of the circuit 65, which for the friction combination results in a miniature variable 52 it with a mean of the determination of the destimnedance for high frequencies. Apart from the i. The output winding combination also has a minimum impedance for di

um cine genauere Anpassung der Zeitkonstanten zu ermöglichen, falls diese erwünscht ist. Umgekehrt wird die der Aufladung der Kondensatoren 70 und 72 sowie 76 entsprechende kurze Zeitkonstante 5 durch die erhöhte Zaitkonstante kompensiert, welche der Widerstand 46 und der Kondensator 50 im nichtleitenden Zustand der Diode 48 bilden.to allow a more precise adjustment of the time constant, if this is desired. Conversely, the short time constant 5 corresponding to the charging of the capacitors 70 and 72 and 76 is compensated for by the increased time constant which the resistor 46 and the capacitor 50 form in the non-conductive state of the diode 48.

Die Wirkungsweise des Überlastschutzes 16 ist wie folgt: Wird der Photomultiplier 22 unbeabsichtigtThe mode of operation of the overload protection 16 is as follows: If the photomultiplier 22 is unintentional

weiter unter beschriebene Überlastschutzschaltung 16. Außerdem kann diese Schaltungskombination die Erzielung einer gewünschten Verstürkungsfaktor- und Phasciicharaktcristik der Rückkopplung durch das Auftreten des dem Fachmann bekannten »breakfrcqucncy«-Effckts unterstützen. Auch kann in Reihe m:l der Diode 48 ein Widerstand zur Erzielung einer genauer angepaßten Zeitkonstantcn-Kompcnsation vorgesehen werden.further under described overload protection circuit 16. In addition, this circuit combination can the Achieving a desired gain factor and phase characteristics of the feedback through support the occurrence of the "breakfrquency" effect known to the person skilled in the art. Also can be in series m: 1 of the diode 48 a resistor to achieve a more precisely matched time constant compensation are provided.

Das am Knotenpunkt der Schaltbautcilc 48, 46 io einem hohen Strahlungspegcl ausgesetzt, so wird im und 50 auftretende Bezugssignal wird verstärkt und Ausgang des Verstärkers 28 ein großes positives iritt im Ausgang des Verstärkers 52 auf. Der Vcr- Ausgangssignal erzeugt. Da das eine Ende des stärker 52 stellt eine Spannungsquelle niedriger Aus- Widerstands 32 mit einer negativen Spannung vergangsimpedan/. dar, welche die Amplitude der von bunden isl und der Ausgang des Verstärkers 28 sich dem aus dem Transistorpaar 54 und dem Transfor- 15 üblicherweise auf einem Potential nahe Massepotcnniator 56 bestehenden Multivibrator erzeugten tial befindet, wie übrigens auch der Eingang zu dem Schwingung bestimmt. Das Bezugssignal wird durch amplitudenmodulierten Oszillator 18, ist die Diode den Verstärker 52 invertiert und so versetzt, daß ein 34 normalerweise in Spcrrichtung vorgespannt und am Hingang des Verstärkers 52 zugeführtes positiv daher nichtleitend. Das normalerweise negative Poanstcigeiulcs Bczugssignal ein abnehmendes positives ao tential der Anode der Diode 34 gegenüber der Ka-Ausgangssignal im Ausgang des Verstärkers 52 zur thode wird nun von dem großen positiven Signal im Folge hat. Demzufolge nimmt, wenn das am Eingang Ausgang des Verstärkers 28 übertroffen. Sobald diedes Verstärkers 52 zugeführtc Bezugssignal positiv ses Signal im Knotenpunkt der Widerstände 30 und ansteigt, die Amplitude der von dem durch das Tran- 32 eine Spannung erzeugt, die positiver als die am sistorpaar 54 und den Transformator 56 gebildeten 25 F.ingang des amplitudenmodulierten Oszillators 18 Vibrator erzeugten Schwingung infolge der abneh- auftretende Spannung ist, wird die Diode 34 in menden Ausgangsgröße des Verstärkers 52 ab. Die Durchlaßrichtung vorgespannt und damit leitend. Amplitude der Schwingung wird durch den Gleich- Die Schaltung wirkt als Schweinehaltung, welche .ichter 20 demoduliert, der als Spannungsverdopplcr- eine Ausgangsspannung erzeugt, falls die Eingangsschaltung geschaltet ist. Der Widerstand 68 begrenzt 30 spannung einen vorgegebenen Schwellwert überden Spitzenstrom, der durch die Dioden 64 und 6ö steigt. Sobald die Diode 34 leitet, wird die an ihrer fließen kann, und wirkt so als Stromschutz für diese Anode auftretende zunehmende positive Spannung Dioden. Die Dioden 64 und 66 leiten jeweils ab- dem Eingang des amplitudenmodulierten Oszillators wechselnd während auf einandcrfolgcndcr Halbpe- zugeführt, wodurch der aus dem selektiven Detektor rioden der Ausgangsspannung der Wicklung 62, der- 35 10 und der Zeitkonstantcn-Kompensation 14 besteart. daß die jeweilige an der Wicklung 62 auftretende liende Teil des Rürkführzweigs überbrückt wird. Schcitclspannung an den beiden Kondensatoren 70 Dies bewirkt ein rasches Ansprechen des amplitu- und 72 mit solcher Polarität angelegt wird, daß die dcnmodiilicrtcn Oszillators auf das im Ausgang des zweifache Scheltelspannung zwischen dem Knoten- Verstärkers 28 auftretende positive Signal, wodurch punkt des Kondensators 70 und der Diode 66 und 40 die Schwingungamplitude und damit die an den dem Knotenpunkt des Kondensators 72 und der Photomultiplier angelegte Vorspannung rasch verrin-Diode 64 auftritt, was einer Verdopplung der nor- gert werden. Da unter Überlastbedingungen der Phomalerweise aus der Wicklung 62 verfügbaren Span- tomultiplier einen hohen Strom führt, wird die an nunj: entspricht. Diese verdoppelte Spannung wird den Photomultiplier angelegte Vorspannung rasch durch den Widerstand 74 und den Kondensator 76 45 auf einen durch den Überlastschutz 16 bestimmten weiter gefiltert und schließlich als Vorspannung an Wert herabgesetzt. Nach Fortfall der überstarken Beden Photomultiplier 22 gelegt. strahlung des Photomultipliers sinkt das von dem Da der Widerstand 68 und der Innenwiderstand Verstärker 28 abgegebene positive Signal ab, und der der Wicklung 62 wesentlich kleiner als der Widei- (_ berstschutz 16 schaltet sich durch die Wiederher- stand 74 und der von dem Photomultiplier 22 gebil- 50 stellung des normalerweise nichtleitenden Zustands detc Lastwiderstand sind, kommen durch den der Diode 34 ab. If a high radiation level is exposed at the junction of the switching components 48, 46 , the reference signal occurring in and 50 is amplified and the output of amplifier 28 has a large positive iritt in the output of amplifier 52. The Vcr output is generated. Since one end of the stronger 52 is a voltage source of low output resistance 32 with a negative voltage past impedan /. which is the amplitude of the multivibrator generated from the transistor pair 54 and the transformer, usually at a potential near ground potential 56, which is also the input to the oscillation. The reference signal is generated by amplitude-modulated oscillator 18, the diode is inverted by amplifier 52 and offset in such a way that a 34 is normally biased in the direction of the voltage and fed to the output of amplifier 52 is positive and therefore non-conductive. The normally negative Poanstcigeiulcs reference signal has a decreasing positive potential of the anode of the diode 34 compared to the Ka output signal in the output of the amplifier 52 to the method is now followed by the large positive signal. As a result, if that is exceeded at the input output of the amplifier 28. As soon as the reference signal fed to the amplifier 52, positive signal at the junction of the resistors 30 and increases, the amplitude of the voltage generated by the transistor 32, which is more positive than the input of the amplitude-modulated oscillator formed at the transistor pair 54 and the transformer 56 18 vibrator generated vibration is due to the decreasing voltage, the diode 34 is in the output variable of the amplifier 52 from. The forward direction biased and thus conductive. The amplitude of the oscillation is determined by the direct The circuit acts as a pig farm, which demodulates 20, which as a voltage doubler generates an output voltage if the input circuit is connected. The resistor 68 limits the voltage to a predetermined threshold value above the peak current which increases through the diodes 64 and 6ö. As soon as the diode 34 conducts, it can flow, and thus acts as a current protection for this anode occurring increasing positive voltage diodes. The diodes 64 and 66 each conduct from the input of the amplitude-modulated oscillator alternately while on successive half cycles, whereby the output voltage of the winding 62, the time constant compensation 14 and the time constant compensation 14 are obtained from the selective detector periods. that the respective liende part of the Rürkführzweigs occurring on the winding 62 is bridged. Schcitclspannung on the two capacitors 70 This causes a rapid response of the amplitude and 72 is applied with such a polarity that the dcnmodiilicrtcn oscillator on the positive signal appearing at the output of twice the voltage between the node amplifier 28, whereby the point of the capacitor 70 and the Diode 66 and 40, the oscillation amplitude and thus the bias voltage applied to the junction of the capacitor 72 and the photomultiplier occurs rapidly reducing diode 64 , which is a doubling of the normalized. Since the voltage multiplier available from winding 62 carries a high current under overload conditions, the current at nunj: corresponds to. This doubled voltage is rapidly further filtered by the bias voltage applied to the photomultiplier by the resistor 74 and the capacitor 76 45 to a value determined by the overload protection 16 and finally reduced in value as a bias voltage. After the over-powerful Beden photomultiplier 22 has ceased to exist. radiation of the photomultiplier, the positive signal emitted by the resistor 68 and the internal resistance amplifier 28 decreases, and that of the winding 62 is significantly smaller than the wide-burst protection 16 is switched by the recovery 74 and that of the photomultiplier 22 The load resistance of the diode 34 is formed by the normally non-conductive state detc.

Gleichrichter 20 unterschiedliche Anstieg- und Wenngleich in Fig.2 nicht eigens dargestellt,Rectifier 20 different rise and Although not specifically shown in Figure 2, Abfall/.eitkonstanten zustande. Würde man den kann mit der Diode 34 eine Anzeigeschaltung ver-Fall / time constants come about. If one were to use the diode 34, a display circuit could be

Widcrstand 68 vergrößern, um dies Zeitkonstap.t«?n bunden sein, die das Auftreten eines Überlastzustananzugleichen, so würde sich hierd* "h die an den 55 des anzeigt. Beispielsweise kann eine gesonderteIncrease resistance 68 in order to compensate for the occurrence of an overload condition, this would result in the display at 55 of the. For example, a separate

Kondensatoren 70 und 72 verfügba. Spannung und Schwellwertschaltung ähnlicher Art wie der Überlast-Capacitors 70 and 72 available. Voltage and threshold value circuit of a similar type as the overload

damit die verfügbare Vorspannung für den Photo- schutz 16 als Antrieb für eine derartige Anzeigevor-so that the available bias for the photo protection 16 as a drive for such a display device

multiplier 22 erheblich verringern. S'att dah^r die richtung vorgesehen werden, oder die Anzeigevor-multiplier 22 considerably. Instead of providing the direction, or the display

Zeitkonstanten in dieser Weise, welche das G'.cich- richtung kann direkt von der Diode 34 beaufschlag richtverhalten beeinträchtigen würde, auszugleichen 60 werden. Die Anzeigevorrichtung kann wenigsten:Time constants in this way, which the G'.cich- direction can act on directly from the diode 34 judicial behavior would impair, compensate for 60. The display device can at least:

zu versuchen, ist die Zeitkonstanten-Kompensation einen Transistor aufweisen, der normalerweise htrying to use time constant compensation is to have a transistor that is normally h

14 vorgesehen. Somit wird die Entladung der Kon- Sperrichtung vorgespannt ist und im Überlastzustanc14 provided. Thus, the discharge of the Kon reverse direction is biased and in the overload condition

densatoren 70, 72 und 76, welche eine lange Zeit- in Durchlaßrichtung eingeschaltet wird und Strom aicapacitors 70, 72 and 76, which is turned on in the forward direction for a long time and current ai

konstante ergibt, durch die Leitung der Diode 48 eine Anzeigeleuchte oder eine akustische Alannan kompensiert, welche den Widerstand 46 überbrückt 65 zeige liefert. constant results, through the conduction of the diode 48, an indicator light or an acoustic Alannan compensated, which the resistor 46 bridged 65 shows supplies.

und eine kurze Zeitkonstante mit dem Kondensator Das vorstehend beschriebene und erläuterte Strafaand a short time constant with the capacitor. The above-described and explained Strafa

50 ergibt. Wie weiter oben erwähnt, kann in Reihe !ungsenergie-Analysator-Rückführsystem eignet sie50 results. As mentioned above, a series of kinetic energy analyzer feedback systems can be useful

mit der Diode 48 ein Widerstand vorgesehen werden, zur Speisung eines beliebigen Strahlungsdetektor;a resistor can be provided with the diode 48 to feed any radiation detector;

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für welchen eine elektrische Vorspannungsquelle wie auch ein Schutz gegen Strahlungsenergie hoher Intensität erforderlich ist. Die beschriebene Schaltung bildet eine Vorspannungsquelle, in welcher nur Halbleiter- oder Festkörperschaltelcmcntc verwendet werden und die bisher allgemein für Hochspannungsrcgclzwccke erforderliche Regelröhre entbehrlich wird. Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Vorspannungsqucllc so infor which an electrical bias source as well as protection against high intensity radiant energy is required. The circuit described forms a bias source in which only Semiconductor or solid-state switchgear can be used and the hitherto generally for high-voltage recirculation purposes required control tube is dispensable. In addition, is in the invention Circuit arrangement the bias voltage source so in

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den Rückführzweig eingefügt, daß die notwendigerweise mit dieser verbundenen unterschiedlichen Anstiegs- und Abfall-Zcitkonstanten durch eine Zeitkonstantcr-Kompcnsationsschaltung ausgeglichen werden. Zwar wurden die mit Rückführschaltungen verbundenen Stabilitätsproblcme hier nicht im einzelnen diskutiert; jedoch läßt sich die erforderliche Stabilität mit den allgemein hierfür erforderlichen Verfahren erzielen.inserted the feedback branch so that the different increase and decay time constants by a time constant compensation circuit be balanced. True, those were with feedback circuits related stability problems are not discussed in detail here; however, the required Achieve stability using the procedures generally required for this.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Two-beam radiation technology analyzer with a sample and a reference beam path, directed alternately onto the analyzer and grounded, as well as with a feedback control or regulation, which has the following parts: a radiation detector which generates an electrical alternating signal at an output or signal electrode with the corresponding sample or reference signal components, the amount of which depends on the bias voltage applied to a biasing electrode of the radiation detector, and a selective detector that only looks at the reference beam component of the c " Responds to the output signal of the radiation detector and generates an electrical reference signal as the output variable, the magnitude of which is proportional to the amplitude of the reference beam component of the electrical output signal of the radiation detector, characterized by an oscillator (18) for generating an alternating signal, the amplitude of which is reversed is proportional to the magnitude of the reference signal generated as an output signal by the selective detector (10), the oscillator (18, FIG. ?) has two output terminals, between which the output alternating current signal is generated (at 62) and an input control terminal which is supplied with the electrical output signal of the selective detector (10), as well as by a rectifying circuit (20) which the output variable of the oscillator (18 ) and which, as an output variable, generates a variable direct current signal, the magnitude of which is proportional to the amplitude of the output alternating signal of the oscillator (18) and which is fed to the biasing electrode (24) of the radiation detector (22).

2. Strahlungsenergie-Analysator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang des selektiven Detektors (10) und dem Eingang des Oszillators (18) eine Überlastschutzschaltung (16) vorgesehen ist, welche eine Leitungsverbindung zwischen den Eingängen des selektiven Detektors und des Oszillators bildet, sobald die Amplitude des elektrischen Signals am Eingang des selek'iven Detektors einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, während die Überlastschul/schaltung (16) nichtleitend ist, sobald die Amplitude des elektrischen Signals am Eingang des selektiven Detektors kleiner als der vor- gegebene Schwellwert ist.2. Radiant energy analyzer according to claim I, characterized in that between the input of the selective detector (10) and the input of the oscillator (18) an overload protection circuit (16) is provided, which a Forms a line connection between the inputs of the selective detector and the oscillator, as soon as the amplitude of the electrical signal at the input of the selective detector exceeds a predetermined threshold value, while the overload school / circuit (16) is non-conductive as soon as the amplitude of the electrical signal at the input of the selective detector is smaller than the previous given threshold.

3. Radiation energy analyzer according to claim 2, characterized in that the overload protection circuit (16) has a first resistor (30) connected to the input of the selective detector (10), a second resistor (32) connected to the first resistor (30) , a diode (34) whose anode is connected to the junction between the first and the second resistor (30; 32) and whose cathode is connected to the input of the oscillator (18), and one to the other end of the second resistor (32) connected voltage source (V) for generating the given threshold voltage at the node between the two resistors, the diode (34) being normally biased into the blocking state by this threshold voltage and only switched to the conducting state vvi when the operation; of the electrical signal fed to the input of the selective detector (10) exceeds the predetermined threshold value.

4. Jet iron analyzer after a

"For several of the" preceding claims, characterized in that the oscillator has a transformer (56) with an input winding (60) feedback winding (58) and output winding (62) that the output winding (62) with the Rectifying circuit (20) and a center tap of the input winding (60) are connected to the output of the selective detector (10), and that two transistors (54) are provided between the input winding (60) and the return windings (58) of the transformer (56) , which together with the transformer form a freely oscillating multivibrator 1.

5. Strahlungsenergie-Analysator nach Anspruch 4, dadurch "gekennzeichnet, daß die Gleichrichtschaltung (20) wenigstens eine mit der Ausgangswicklung (62) des T-ansformators des Oszillators (18) verbundene Gleichrichtdiode (64 oder 66) sowie ein RC-GIied (70, 72, 74) aufweist, dessen Eingang mit der Diode (64 bzw. 66) und dessen Ausgang mit der Vorspannelektrode und dessen, Ausgang mit der Vorspannelektrode (24) des Strahlungsdetektors (22) verbunden sind, und daß das KC-Glied in Richtung von seiiu-m Eingang zu seinem Ausgang nur eine langsam veränderliche Gleichstromvorspannung überträgt.5. radiant energy analyzer according to claim 4, characterized "in that the Rectifier circuit (20) at least one with the output winding (62) of the T-AN transformer of the Oscillator (18) connected rectifier diode (64 or 66) as well as an RC-GIied (70, 72, 74), whose input with the diode (64 or 66) and its output with the bias electrode and its output with the bias electrode (24) of the radiation detector (22) are connected, and that the KC element in the direction from its input to its output only has a slowly variable direct current bias transmits.

6. Strahlungsenergie-Analysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des selektiven Detektors (10) und dem Eingang des Oszillators (18) eine Zeitkonstanten-Kompensationsschaltung (14) vorgesehen ist, welche bei Zufuhr eines zunehmenden elektrischen Signals von dem selektiven Detektor eine erste Zeitkonstante und bei Zufuhr eines abnehmenden elektrischen Signals von dem selektiven Detektor eine von der ersten Zeitkonstanten verschiedene zweite Zeitkonstante erzeugt, derart, daß eine Kompensation bezüglich entsprechender, dem Gleichrichter innewohnender Zeitkonstanten bewirkt wird.6. radiant energy analyzer according to claim 5, characterized in that between a time constant compensation circuit (14) is provided at the output of the selective detector (10) and the input of the oscillator (18) is which, when an increasing electrical signal is supplied from the selective detector, a first time constant and upon application of a decreasing electrical signal from the selective one Detector generates a second time constant different from the first time constant, in such a way that that compensation is effected with respect to corresponding time constants inherent in the rectifier.

7. Radiant energy analyzer according to claim 6, characterized in that the time constant compensation circuit has a resistor (46) lying between the output of the selective detector (10) and the input of the oscillator (18), a diode connected in parallel to the resistor ( 48), the cathode of which is connected to the input of the oscilloscope (18), as well as a capacitor (50) lying between the input of the oscillator (18) and ground.